自控ppt第一章

1,自动控制理论,电气工程学院林飞,2,任课教师：林飞,电力电子研究所,电气楼602,电话：51687064-18,Email：flin,助教：赵莹莹,电气楼60908291063,1.1控制系统的基本概念1.2本课程的主要内容及应用1.3控制理论发展历史概述,第一章绪论,1.1基本概念(Basicdefinitions),控制系统：对于由各互相联系的部件组成的系统，控制是使系统中的某些量按照指定的规律进行变化(包括恒定)。Acontrolsystemisaninterconnectionofcomponentsformingasystemconfigurationthatwillprovideadesiredsystemresponse.,控制目标：体温恒定为37调节中枢：下丘脑产热器官：肌肉(收缩)、内脏(代谢)散热器官：皮肤、汗腺、毛细血管温觉、冷觉感受器,人体体温控制系统,冷觉感受器,传入神经,下丘脑的体温调节中枢,传出神经,骨骼肌战栗，皮肤立毛肌收缩,肾上腺分泌,肾上腺素,血管平滑肌收缩血流量减少,皮肤立毛肌收缩，缩小汗毛孔,增加产热,减少散热,甲状腺分泌,甲状腺激素,温觉感受器,传入神经,下丘脑的体温调节中枢,传出神经,血管平滑肌舒张血流量增大,汗腺分泌,增加散热,体温调节的生物控制系统,控制目标：体温恒定为37调节中枢：下丘脑产热器官：肌肉(收缩)、内脏(代谢)散热器官：皮肤、汗腺、毛细血管温觉、冷觉感受器,控制系统要素,参考值,控制器,执行器,传感器,负反馈基于系统的输出与参考信号之间的偏差，力图减小这种偏差。,控制机理,控制系统实例,温度控制(Temperaturecontrol)电机转速控制(speedcontrolofelectricalmachines)电网频率控制(Thefrequencycontrolofpowergrid)无人驾驶列车(Driverlesstrain)反导系统(Anti-missiledefensesystem),自动控制(AutomaticControl)：就是在没有人的直接参与的情况下，利用自动控制装置实现控制作用。,控制系统实例,电炉温度控制,控制任务：炉温恒定,工作原理,结构：只有前向通道,特点：简便易行；无抗扰能力。,改进：扰动补偿,控制系统实例,电炉温度控制,控制任务：炉温恒定,工作原理,结构：具有反馈通道！,控制系统实例,电炉温度控制,控制系统实例,电炉温度自动控制,控制任务：炉温恒定,工作原理,结构：具有反馈通道；按偏差控制。,优点：抗扰动能力强，控制精度高,基本概念,1对象(Plants)任何被控的物体或过程，称为对象或被控对象。Anyphysicalobjecttobecontrollediscalledaplant.2被控变量(ControlledVariables)被控变量是一种被测量和被控制的量值或状态。Thecontrolledvariableisthequantityorconditionthatismeasuredandcontrolled.,基本概念,3控制信号或操作变量(ControlSignalorManipulatedVariable)控制信号或操作变量是由控制器改变的量值或状态，它将影响被控变量的值。ThecontrolsignalorManipulatedVariableisthequantityorconditionthatisvariedbythecontrollersoastoaffectthevalueofthecontrolledvariable.,4扰动(Disturbances)扰动是一种对系统输出量产生不利影响的信号。Adisturbanceisasignalthattendstoadverselyaffectthevalueoftheoutputofthesystem.5误差(Error)期望值减去实际输出的差值。Theerroristhequantitythatthereferenceinputminusestheoutput.,基本概念,6反馈控制(Feedbackcontrol)能在存在扰动的情况下，力图减小系统的输出与参考信号之间的误差，并且其工作原理正是基于这种偏差的。Feedbackcontrolreferstoanoperationthat,inthepresenceofdisturbances,tendstoreducethedifferencebetweentheoutputofasystemandsomereferenceinputanddoessoonthebasisofthisdifference.,负反馈与正反馈,基本概念,开环控制系统(Open-LoopControlSystems)：系统的输出对控制作用没有影响，无反馈。,闭环控制系统(Closed-LoopControlSystems):对系统的输出进行测量，并利用反馈作用。,控制系统结构,复合控制结构,控制系统的组成框图,1.2课程内容及应用,1、恒值控制系统与随动控制系统,根据跟踪对象的运动特性分类。,2、线性系统与非线性系统,根据系统数学性质的不同来分类。,线性系统满足迭加原理。,系统输入u1(t)，输出产生y1(t)，输入u2(t)，产生y2(t)，,则系统输入,输出为,非线性系统不满足迭加原理。,控制系统分类,3、连续时间系统与离散时间系统,根据时间信号的不同方式来对系统进行分类。,计算机控制系统,控制系统分类,4、单输入单输出系统与多输入多输出系统,根据控制对象端口信号数量来分类。,其他的分类方法，,如集中参数系统与分布参数系统、,确定性系统与随机控制系统等。,控制系统分类,控制系统任务,1、主要工作针对被控对象，设计控制器，使得被控对象的输出满足要求。,控制系统分析与设计,控制系统分析与设计,2、对自动控制系统的基本要求稳定性响应快跟踪准,控制系统任务,课程的作用,电气工程(EE)学生的主干课。,应用自动控制理论可以提高生产率(increasedproductivity)提高性能(improvedperformance),EE的主要控制对象：电机，电力电子变流器，电气设备，电力系统,主要应用:机车与动车组，电动汽车与混合动力汽车(EVb.Budapest,Hungary),Hungarianelectricalengineer,On19February,2008,KalmanwasawaredtheCharlesStarkDraperPrizebytheNationalAcademyofEngineering(NAE)forthedevelopmentanddisseminationoftheoptimaldigitaltechnique(knownastheKalmanFilter)thatispervasivel